автореферат диссертации по металлургии, 05.16.07, диссертация на тему:Электронно-лучевая технология переработки отходов титанового производства

^ ".-^ЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ -Институт.электросварки им: Е; О. Патона.

а.

На правах рукописи

/

К А Л-И НЮ К

-

Алексей Николаевич

^УЛК С69.187.526.001.57

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ-" ^ . ' ■ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ •'. /ТИТАНОВОГО ПРОИЗВОДСТВА " х

- .. * - - ,05.16.07 — металлургия металлов высокой чистоты и' специальных

• -. сплавов " '

— ' . АВТОРЕФЕРАТ' ■ -диссертации на соискание ученой степени - . кандидата технических наук

Киев 1995

Pcdota suncaiiona а Цаотагута ыистрсосарки

ш, .Е.ОГ.Паияа.ШШ Укрк-ш ' -

НдучкаЙ руководатояь . .

, 0$|щ2£ш.ша ошюпаито

Водущео Еродпршто

кацдада? ^огшчоепях vcgi:

. . ТРЙГУБ лГп. . - ^

доктор гонта ciíhk.'яауз

ЗАМКОВ В.Н.

^ . i

_ каядидат ^тсхллчйокп: kojk

-шаклии , .. ■ -v.

; , -'НШчОПЭЛЪСВУХГ! ЮлщЬ-грЗ'бшГ;

... _ •' v ■ ' ' , - завод. •' "

• . \ Налрагдяо« Ваа.до^зкахркгэшм свтораХсре? даосаргсщшз .ííbsd-парл Kamvxta Алодеся ИЕаолазвгча, Прозам Bao и сотр^дшиссв -Basar© утеагзшяня; noTopüa кятерзоуютея тамой дпосвр'тзппи. принял. yv$_ovr.¿ ' *взаседиакс споцкализиррпгишого^совато шш прзслать ошр (I скз.» . заворсллиД печатью) со едросу: 252650, ГСП, ул.Болэикй» XI

учоцоиу сакрохара спащшшзкрсшйниого^"Ьевэта.

. * Зедкта состоится " -ffl p¿ специадшзЕроагшиого оозота W зс

•ISSS г. иа Еасодашвг

íro диссертаций (шфр К 50,02.02) цраИнститутеолоктросиарга jtí, Е,0;Патоиа НАИ Украшш.

С дисоефгааией; нодло. ознакомиться в научно-тоишческой бзб-диотеко .яястшута*-''

Автореферат разослан

° 3 " juafcLfaif

'' .'. : Учаыый секретарь . --' лвецаааиззровашого совотл док?, техн. наук

А.Л.ШОД&ЕВ -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЕОТЦ

Актуальность тем;. Научно-технический прогресс в ^аадшостроснан непрерывно связан о созданием новых конструкционных материалов. ¡В аорокосмическоЯ технике, судостроениа, хшической, кздоцинской и писав ой промышленности пшроко применят' титан и сплавы на его осноей, обладающие высокой удельной прочностью, коррозионной етсйкоетыз в агрэссшшых средах, ааропрочностьп и гароотоЯкостьв, удсвлетэоря-гсльпсй технологичностью з свариваемостью.

Низкий коэффициент использования ыеталла (15-20%) при производства изделий из титана и его сплавов обуславливает образование большого количества отходов. Проблема ит утилизации и рационального использования возникла одновременно с началом прошклепного применения титана. Наряду с усовершенствованием сушествуадих схем производства пзрзпчпого ¡язтадяа разрабатывает технологии к оборудование для утилизации отходов титана.

Получение слитгов пз вторичных сплавов, соответствушдах по хл-шгчосксыу составу слатком, получаемым из первичной шихты - паиболвэ рацпоглльний я экономически выгодный способ переработка отходов, историй позволяет значительно снизить себестоимость продукции из титана л сплавов на его основе. Сравнительный анализ различных пэройяпэ» пи х процессов спеиэлактромзталлургнв (ШШ, В ДО, ЭЛИ и др.) показал, что титановые отходи целесообразно переплавлять штодом электроннолучевой плавки с промежуточной еикостьо (ЭЛ11Е). Этот котод из требует иоыпактлрованил расходуемой заготовка. Применение нро.талутоз~ пой емкости создает благоприятные условия для рафинирования- расплава ыеталла от неметаллических вк.ютенл';, зодорода, усреднонля логического состава, иезшяазт взаимосвязь жду плавлением а кристатлига-циеД ;здкого металла, позволяет пространственно разделить эта два процесса, а следовательно, п раздельно ими управлять»

Цель работы. Разработка технологии переработка отходов титанового производства и получения качеегьоншх слитпов гарантироваи-аого хиккчэского состава из вторичного титана а титановых сплавов на основе электронно-лучевой плавка. Для достижения указанной целя поставлены такие задачи: исследовать влияние рзлвкоз плавка и оплавления поверхности на поведение легирущих элементов а прп-тсей; исследовать процесс формирования бездефектной однородной структура слитка; создать оборудование для злэотронно-лутевоЯ, шавки с прошхуточвой еккостьп я оплавления боковой поверхности слитков; разработать техяадогга электрондо-члучевого пзрэплава тзтанопше

, I.

отходов} разработать технологии влектроннооучевого оплавления б evtl ои ой поверхности полученных слитков} исследовать олужобиые свой-' ства металла, полученного из отходов} выпустить опытно-промышленные партии слитков для производства труб различного оортамевта в листового проката.

Методика доследований. Изучение металлургических и технологических особенностей електронно-лучовой плавки о промежуточной емкостью я ошивлеше боковой поверхности слитков проводили на опытно-промышленной установке УХЗ-102М, которая разработана и изготовлэ-на ЮС им. Е.О.Патона при участии автора. Содержание газов в слитках, получении* из отходов, определяли газоанализаторами B0-3I6, ВН-З, TM-II4 $ирмн "ЬЕСО". Содержание легирующих элементов.? примесей в слитках определяли методами химического анализа на прибо-

nev IPftWnnnlT Л.шти^О IН_*7ЛЛП i'-TTR* UftmMfffi^iMhtinnwnfi 1ГС1 гтп_ !

VUt^J/U-Ж , — Mf m«^ I WVVf W A4W I <I>V 4 ^mvitrj WU*1 1WWWHU V W« - *—

вания проводили на оптической микроскопе "ИЬ0Р1ЮТ-32*, ПОЛИВШИ фирьщ РЕЙХЕРТ, растров*»! влестройной микроскопе JE0L -10» Ешш-ление макроструктуры слитков влектронно-лучекоГ: плавки осуществляя! j методом глубокого травления в водном растворе плавиковой кислоты» '? Испытания служебных свойств металла слитков осуцествляли в литом в деформированном состоянии на стандартных образцах в лабораторных ж промышленных условиях. ¡;

т | норпзна. Разработана я »ксперю/ентальцо проверена мв- |! ,

vuauu расчета концентрации кислорода во вторичном металле, позволяющая прогнозировать я получать слитки гарантированного химического состава. Показано, что на содержание кислорода во вторичном металле влияет вид ■ степень подготовки отходов к плавке, Установлено, что йрк переплаве ластовой обрези с неочищенной поверхностью содержание кислорода возрастает о 0,08 до 0,16%, после галтоыаи - о 0,06 До 0,12*, после рубки и травления-с 0,06 до О,I0J.

' В результате исследований процесса ратинирования при переплаве отходов - титановых о плавов установлены качественные * количественные вакономерпости кссаревия алшиния. Ври увеличен!! •уо концентрации висходной шихте с 4,2 до 7,8)5 степень испарения возрастает с 1,08 до 1,26*. В диапазоне изменения удельного расхода електроаиергишва плавку 1,60-2,70 кВт.ч/м потери плиашия . кспарением составляют 7rS2Ji,

Ва основана авадива технологического процесса влвктровно-лу-чевого оплавления поЕерхноствого слоя слхтков установлено, что степень испарения алшжяия Прямо проподоошшла плотности sвергжл в ивтервале. 0,58*10® - 1,96'I08 WeV

Разработана математическая модель температурного ноля огатка зрд пороглавэ отходов тгтана и его сплавов. Изучены гошгсфязнчво-сро условия кристаллизации металла и показано» что плотность тошю-зого потока н крясталляэатора б.б'Ю^тДз2, скорость плавка Э-12ш/ • )!ян, отвояаапе поперечного сеченпя кристпллвзатора к объему елкваа-•ого металла 0,5-1,5 см-* обестачивают внгшавку оллтков баз дефов-гов усадочного п лшазппдонного таростера с однородной структурой.

Практическая ценность и реализация результатов работа,...

Слитки вторичного титана марки БТ1-0 п сплавов ТД-3, ПТ-ЗВ про-злп опитио-лрогдлюенпую проверку на Алчевскйн кеталлургнчаском каа-Згшате (г.Алчовск, Укрияка), Шшопольском Сшю-трубном заводе [г.Никополь, Украина), ЦНШ Ш "ПроштоЙ" (г.Санкт-Петербург,Роо-зяя), Зеленодольском шшщоотронтедьном заводе (г.Зеленодальсй,Роо-зкя).

Впсрвыо непосредственно из литой заготовки штаяла ЗЛПЕ,минуя 1ромегуточные операции ковки, били получены трубы 0 38x2 мм.

Оборудование л технология внедрены в производственном цехе 'ГС Е.О.Патона.

Апробация работы я.яубдякштл. Осноеныэ пологганая к результаты' •'•; работы докладывались на I Международной кона ере шиш молодых учэных г спвавалистов в области сварки п ешпа технологий (г.Клавг»), [ Международной конференция "Водородная обработка штарналоз" [г.Донецк, 1УЫ5. г.),а Tatc.cs в полном объеме работа обсуадалаоь на : ' •лоталкургкческои семинара в ИЗС шл. Е.О.Патона.

По те?.:е диссертации опубликовано в соавторстве б статей, подало 2 заявки на предполагаемое изобретение и получено I положительное решение по заявке на дзобретенго из'России.

На защиту шносятся; закономерности поведения легирующих.элементов и примесей пр:г ЗЛПЕ вторичного тптпна а его сплавов, а так-ке ЗЛО иоверхностк полученных слитков; исследования однородности-' ¿аспределейля легкруших и примесных элементов по еыоогз и сечении : ; злитков; тсплс^пзкческпс особенности кристаллизации металла при <■■-■ ЗЛПЕ; технология ашшавки слитков круглого к прямоугольного сечения с технология оплавления их боковой поверхности; результаты исслэдо- . занкя качества металла ЭЛЛЕ и уровня его служебных свойотв.

Структура в объем пахоты, диссретация состоит из введения, зест;; глав, общас выводов, списка использованной литературы из 192. 1аименовашй и цралояэяия, _ Работа изложена на-132 страницах мавшао-'. 15'сного текста, жсет 73 рисунка к 31 таблицу» - 3

lio введет:'.', обосновина актуальность работа, излаяны основные) положения, которко выносятся на защиту.

}J потюо!1. главе ;шл обзор научно" литературы, в котором отражено современное состояние ист литургии титана и производства слитков. Проанализированы преимущества и недостатки известных и вновь создаваемых процессов дитя поре плава отходов титана к ого сплавов. СИ' овала перспектлшооть решения проблемы утилизация отходов шэ-тодии олектронио-лучевой плавки с промежуточной емкостью.Сформулированы цель и задачи исследований.

До второй главе излажена методика исследования качества металла, исследовано влпшше вида и степени подготовки отходов к плавке па содержание газов в слитках, описана злектринно-лучевая установ» для реализации процесса ЭЛИЬ и 0JÍ0.

Б тратт,р.Г; глльп продстоплены ре пуль тяти пс^ллдог.яяд!' тепло£п-знческих условий кристаллизации 1.:етши:а при 1ДШ. Методом иатештк-ческого моделирования определены оптимальные технологические параметры, обеспечивающие получение однородной структуры слитков.

В четвертой главе приведены результаты исследований качества титановых слитков ЭЛПЬ, распределения елеыснтов по высоте и сечели слитка, влияния технологических режимов ЭЛЛЕ и ЭЛО на степень раЗ'Ш рованвя металла, ыакро- к инфраструктуры, иоррезпошшх и шханпчео-

1ШХ СВОЙСТВ.

В пятой главе описана технология получения слитков методом ЭЛЛЕ и технология ЗЛО боковой поверхности слитков. Приведены технологические реякьш получения сирокого сортамента слитков,результаты оштно-промшдвпиоЗ проверки металла SJ3IE (получение листа а труб),

В шестой главе показана вкономичоывд эффективность разработанной технологий переработки отходов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

- Ирп разпчшх видах обработки (деформация, лигьо, резга и т.п.! адтан технологически необратимо поглодает кислород а азот из возду: Поэтому поверхность отходов имеет определенный альфпрованный слой. Загрязненные пришешш внедрения окрап к струшш содержат осколки ренуцего инструмента и являются источникам неметаллических скшчо-кяй: низки;; (ыенее 4 г/см3) и высокой (более 5 v/oi?) нлотнооги, которые ухудш дат олугебные свойства металла. Д.:я большинства сущос^ 'вуквдх пероглавных цроцэосов характерно отсутствие условий ра;шшр< 4. .

sajuwi .жидкого гатолла г-" включений обоях тяпсв. Пакоторыа процессы :робупт коулахткрсваияк расходуемой заготовки (придания ей определенной прочности), специальна операций по подготовка отходов к ътавко (исг.ельчеияб, розка, брзкетяроваиио, сварка), шгеот повашои- . пй расход электроэнергии ¡un недостаточно подготовлены тохншюскп.

В последило годы способ зло ктронно-утучояол шшвкя с про:.*о,1уто^-юЗ емкостью иаходит есэ бояьвоо ирпкононкв для рвшошш проблемы ,"гл.!п;зацип отходов титана и ого сшщэоп. Сущность нроиосса ЭЛ11Е за-:ивл потея -¡ горизонтальной подаю расходуоко'Л заготовил {отходов) з зону плавкп, 00 пламенно электронными лучамя пая про;.'о,туточпой г «КОСТЬЮ. В прСМОЕуТОЧПОЙ ОМКОСТЯ происходит НПКОПЛОППО ЕЛДКОГО кз-

голга» ого рафшшрованиэ п усродвойке по хп?ичоско:.у составу. По кз~ уо паполпоипя расплавом прсмояуточяоЯ емкостя "ддяпй ?/оталл слпваат-зя з кристаллизатор, гдз происходит i орг.слровплпо слитка пообходшой шиш.

В II3G ям. Е.О.Патопа для переработки тптинових отходов была зоздана опытно-прошетлешш установка УЭ~1Ь21,\ иегушетн) 1200 кВт, Зла позволяет шполпнть различило технологически пропеесш:

- пероплав с прско^уточной емкостью;

- оплавление поверхностного слоя еллткоп.

За одно вакуумаровапко выплавляется елггоя до 5 т, |шк круг-того, так п прямоугольного сечснг.л.

¿ля переплава бшш ксполъзопаны отходы тятаиа !.юрка DTI-0 а ;штвав (ТЛ-З, LT-3B, BT3-I, ВТоС) в бддо листовой и лятнияевой об~ зззл п струяки.

Установлена зависккость прироота концентрация кислорода в слот-tax ЗЛГЛ от вида а степени подготовка отходов к плавко. В условиях ШШ происходит раЗлнярованпе раовлава гдзталла о? водорода до урсЕ-¡я 0,0005-0,0010^, Степень ра.1ш5яроваш'л не зависят от исходного со» юряапня водорода, вяда отходов, рсяямоз переплава в исследованном ишпоэопс, Содержание азота по изгонялось (табл. I),

Пр;: переплава газонас!лг,епша 0^) отходов могло

::и:з:г.'ь содер:глнле прамэсеИ л получать слатла гарантированно'-о сос-;ат;а, отвзчаизого требОЕ;.и:шш отечсствешшх я зарубежных стандартов, :утш разбавлеляя переставляемой плхты титановой губяоЗ, С уволэте-¡ ::с:.: ь ¡.-.госте доли губкя маркд ТГ-Iiü до 11% содорглплз кислорода в >лптгхос титана кар:ш ITI-C снизилось с 0,10% до 0,0S?, a содоргаша

с С,30 до С,СБ£. Увеличение доля губки практически г;э .лялет на содержание о квтогло ЭЛЛЕ таких пршзеей cas яо.яозо,1фаа-ikí:, углерод, азот (P:tc, I), г

о

Таблкць I

Влияние вида шихты на содержание гкзов в слитках

Марка . сплалй ■•>'"■"•-...... • ...... 1 Вид отходов . í i 1 f - "■ ...... ■ ---—j Характеристика по-j зерхнасти i *— . ——- Содержание газов, %

! /о/ ! /н/ 1 /Н /

4 ; _ !исходи. ! Э1ЛБ ! исходи. ! Э1ЯЕ ! исходи. ! 31ПЕ

ВТ1-0 I

п» ® , Döpes»-.* » резка катаная неочищенная,

После |:гвзои газолнй рез 0,08 0,16 0,0026 0,000 3 0,020 0,020

ВТ3-1 прокатки | кятпнад очищенная,

Í газом, газовый ре». 0,08 0,12 0,00.30 0,0007 0,022 0,022

■ I гол тог '

Î травление, ззитдавяая, у

!рубка • рез

0,08 0ДС 0,0037 0,С00Р 0,013 0,018

ТЛ-3 JinTiiHKOífw oopesw гезошй рев", (резки гьзом, лит.тя

ПТ-ЗВ езружкв

0,11 0,14 0,0048 0,0009 0,024 0,024

0,35 0,35 0,0142 0,0009 0,027 0.С27

о,о,н,ы

СД Н,П[

0,031,

■и

о— о о

0,110!

100% скрап а

ЮО%ч?г

Рл-з. I. Содярззнио щтвеей а тотаиэ ш'1-0 после г •■..

ЭШ ахти: отходи * губка» • • '. • :,

Пршзнокпз прС!,;з:дтсчяо'1 сыхсоотл, раздольноэ щюгекзшга про« . дессов шЕавлзагя а кристалллзецзя- создала условия для ро^зпсрогапш IX ЛКЛШ8НЯЙ 2УССК02 Я НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ» ЭЛЛЕ оавдшша два Г.ЭХй1ШЗ-т;. :а ра&шшровашз!: I) гравитсцдонноэ осагзюппэ вазшонгЗ таоозеЗ мотиости в гарнпооя; 2) равшторноэ расЕредодаяко,-а затеи п раст-¡оренев юсетиикй нйзкоЙ 'плотности а' сбъзмэ кпдкогс 'каталла тфз его вдернке в прог/ояуто^пеЛ смаостл до айва а криотадяпзатор. Пзгалло •ра^хпосксз .доследования показали •лолнеэ "сгсугсизаё '

иглмюплй по дляш и еэтзшпа слитков ЭЖЗ,

.Еямпзргкенталыю' устансэлзпо, но стапсш» пепарошха айяшния ; зависит ог тзхяологетеемк. рзсяиоа вяазкл (Рес, 2) н ого.содор-' ;ан:л з доходной посте {Рис. 3), Степень- дспарзния плждаав.хфз ЗЖШ рямо пропорааоаальао удельяоиу расходу элзктрозкоргяа' да тапку- а -.сслодованио!» дпасазоав. ; ' ; • ■'"■ .'

Проблема обеспэчепкя заданного состава ссттков-тотапотак йцла--.' ов бил а ресзна дугеи вкбора ошшлыпа: паргзтроа плашз^цря кс- . орих одноврзшщо досявгаяш» сноокяо гохшко-эаонаогессаао дога-": ателн процесса в кшшмальннэ шхера;на•шеарзядо я--ш>дсха ¿охау.:

Рис.

tfi

г.

легколетучего компонента сплава-серед ковкой в таком количестве, чтобв кш-, вевспроватв его потери. В . cejxbbx со сравнительно невысока.: содертшем алвш-' нея (I1-3, ИГ~33) марочный состав обеспечивался опти-ьжзацией рзл-£кав переплава. Ь сплаве БТбС Ссистема Ti -3AI-17) для получения концентрации алгинния на уровне есходно£, его вводили в ______ заготовку верзд плавкой в

2.6 Q ¡ÉBLÍ1 виде, прутков ели кусков, в К 2

Степень иепвргния AI при ЭЛЛЕ титаьошх сплавов О- cn.-aF ТЛ-3; й - П7-ЗВ; И - BT3-I; о - ЗТ5С

количестве 1,5 - 1,7£ абс.

В условиях ЗЛЕЕ пе происходит испарения тугоплавких р -стабилизирующих элементов ( Mo.v ) титановЕХ сплавов. иеизггеныгг остава-.. дссь содержание таких лрщда» ссй как Pc.si , С (рис. 4).

Исследования распределения легпрущнх в црикес-hidc элементов з слитках ЗЛИВ, полученных однократный переплавом как с делегированием , расходуемой заготовка, ¡гак и без вэго, показали высо-/ куп гоксгсииссть,отсутствий участков «игреке однородности i по высоте п еэтениэ (гьбл.2)» '.■''Содержание 'И, у ' . . fMaa «W«,. 'Í

^ ' СЛЕТКОВ В yCTESC'BKS 7В-Х6Ш

Ш^^^шЙоГ ' 1 ■ » «W» '

"Д ii SSStS ) ■ • ■/: . зтазн;

,. иг - ео&гстсвеу оборудова-

ния и технологической ооаамет в плавюв г - фрягровежг.* расходуемого -■электрода; - процесс £ШЕ.

Г-V.v

Таблица 2

Распределении алемгнтоз в слитках СШЕ 0 395 мк'оплгша БТ6С.

Место отбора проб

Содержание элементов, %

А1

V

Н

К

вгрх

ъ'гк-

центр

с-ер е- край вдна 1/?_к

центр

край 1/2 Я центр

6,20 6,12 6,10

6,и 6,20 6,16

4,17 '♦.23 4,20

4,20 4,25 4,20

(1,10 0,02 0,003 0,11 0,10 0...0.3 0,003 0,09

ода а,оз а,005 о,ю

0;,1а 0.,03 й-,011 0,09 0,11 0,02 0,003 одо

0,11 0,02' а,008 0,11

0,000.6 0,025

0,0008 0,022

О,6005 0,023

0,00.07 0,023

0,0003 0,025

0.0009 0,028

НИЗ

6,22 4,20 0,11 0,02 0.,002 0,12. (2,0009, 0,024;,

б,05 4,аз а,п о.оз й,аа8 ада а,ооаб .а,022

6,12 4,25 .0,11 0,02- 0,007 .0,10 0,0007 0,026

Технологический режимы ЭЛЛЕ

Таблица 3

размера кристаллизатора.

мм

кВт

Р1№* п. е.

кВт/см1

кВт

Ркр., кЪп/Ы

кВт

Ы,

кг/ч

Е&т-ч кр

4»'

0 152 0 230 & 310

0 330 0 405 $ 560 150x 500

90 174 240 440 450 560 250 "¿Г"

0,11 0,12 0,11 0,12 0,12 0,12 0,12

32 48 60 74 80

0,18 0,12 0,050 0,0.65 0,064 20.0, 0,064 60 0,080

122 37. 222. 82 зоа; 140 514 320

530 760 310

334 513 150

3,30 . 2,71 2,Ю 1,601,59 .1,48 2,06

3,2 3,0 2,7 : ..'1,2. : 1,21.0 2,5 .

Р5ог.+и.е.,ркг.+п.е. - соответственно, мощность п удельная псднссть .' г,агре?а заготовки к промежуточной емкости: > •'

Б г»44,

г*р.,Ркр. - соответственно, мощность а удельная шшшссть, л одеваемая на кристаллизатор} . . , -

^о&и,- общая мощность} .-' \

- гассовач скорость перэнлава; V

- .удслышй' расход электроэнергии}'

- потеря металла.-. .'-:

0,ч

%ЦМаг?е,т,С

■ Разработанная технология не ! требует оподвальнш: операций (контактирование, брикетирование, кзиольчзп;:о, резка) но под готовке отходов к 'плавко,

Техлологачоскпо роший ЗЛЕЕ приведена в табл. 3. Бкход годного нри ШЕ обратно пропорционален удельноиу расхода элэктро-энергии на влавку (рис. 5).

Процессы ватвордевакия иэ-тядла и формирования структуры слатка последовали методом нате-?латнчоского т.соделнровиипя. Евла разработана и оде ль тешюратурно-го поля слптка при ЭЛЛЕ, Es ос'/ ' новой дла цилиндрического сле'ш : является дифференциальное уравнений теплопроводности в частшз ¿ производит второго порядка: •

2,6 д-тт-ч

Рис, 4. Измонеиио «одорлишя элементов ври ЭЛЛЕ титановая сплавов: D«V;Q-Mo;A-F£-;a-SijO-C

- дТ

•уьх"

LS1

г дг

г>2

ííJ

где; Л(Т)- тэнлопроводность уэталла, t - тевуцоо время,

Cv - обгешая теплоемкость с учзтои теглотл йшоаого верохода;

0<r<R¿;0<i?«:S(t);t*0; R¡> - шоош& радвуо слотка; S(-i;)- высота олатка,

Дяя вертикального прямоугольного елвтва уравнение товловро-водцеогл иыоло шд> ___ .___

: ; „ *; . ■ ШШоШШШ-. ■ ™

f&e:ü<~.< Vf} 0<2<$lt))t>0¡ В* -.палаваначсолщшш слзт-узкой граш).

Гранэтава условии згещюобиэн ка вэрзшэм торце елки», на его боковой пошрхяоеги о окружащек средой а тевлообглец язишехо оснований атат1са 'с"поддо|Том. 10.

Определено, что сдав гадкого кеадлла пз прсмегугсчмй еикоемга в кристаллизатор следует производить при отио&ецкя илецадц поперечного сечения кристаллизатора н ойъвщ сливаемого гадкого металла в прошдуточиой емкости, равном 0,5 - 1,5 юл"1. Мращоста яешювого' ."• потока а ярлста'ишзаторв составляет б^'Ю^Вт/ы2. При огса обеспечивается зашампльная глубина яидкой вгшин ъ крясталлизатсро,плоо-

■кий фронт затазрдскня. Расчетная скорость схлатдс-. ' кия составляет около 10 К/с. Макроструктура слитка - плотная, без дефектов усадочного ; п дзквгцзонясго характера. / Образовала зеркала размзра-' ми 3-7 V.:,'. по форма бизкигдг к равноосным. .

Металл ЭЛЛЕ характер::-.

ЗаГИС!!!!0СТЬ ЕУХОда годного • от удельного расхода злел-

0 380'(40б)«и;»»«»

о - р 310-(1ь0х£00) ш; • шгаских овойс*» о йясм а

Л - / кйО мм; А - 0 км.: де^ржровшшем ссогояша.' ...•.

(табл. 4), ."

ТаЛташ 4 •:■

Мзханячоскао свойства металла ЭЛЛЕ

Спяаз Состояния металла Оа,Ша МПа % : о ."•- •КСи^.: ■ Мйг/к? ':

ЕТ1-0 31Ж. ' исходный, ' •литой прокат пролсат '376 458 462 , 235 340 316-, 22,3 : . 27,8 33,6. 56,5 61,4. ■" 2,1 ■ 1,6 ■ 1,8 .

ТЛ-З 331ПЕ . походный, №Т0Й лигой 663 : 618 623 546 < 13,6 14,6 35,3 23,6: 0,9 0,3

ПХ-ЗБ. 31ЛВ исходный,' лигой прокат прокат 586 723 725 558 675 634' ' ; 9,5 : 15,0 10,0 26,8 . -41,430,6 ■ х,г ; . 1,1 - ч

ЙТбС' - ЭЗП5'. : ИСХ0Д1ШЙ, ' /.¡'.ТОЙ : прокег! * - - ■ • 939 . 831 307 . 779 .6,7 5,7 16,0. 19,0 0,9 ' °'6

Титан карки BTI-0 ЭЛЛЕ обладает высоки/я коррозионными свойствами в разлячшх агрессивных средах (табл. 5). При этом коррозия . лоокт склонной равномерный характер, трещины и ппттинг отсутствуют, ' BTL-0 ЭЛЛЕ но склонен к коррозионное растрескиваний в растворе СН30Н + 0,4% HCl в течение IOOO ч.

С "целы исюлчения операции механической обработки корэк даль-леЕием переделен, этаном создания безотходной технологии переработки "тходез титана и его сплавов, явилась разработка технологии вле-к-.^.шс-лучавого оплавления поверхности слитков круглого и прямоугольного ССЧ0НШ1.

Сущность процесса ЗЛО заключается в перешцешш узкой зоны пр . плавлания относительно оплавяекоС поверхности, причем в згазясимост: от погонной энергии, в зоне действия луча металл проплавязтея на глубину, превышающую глубину залегания дефектов. Для реализации пр цесса ЭЛО была выбрана схема, при ко-гороЕ ало ¿стройны" луч непедвз-г-еп, а о пит ск вращается вокруг своей оси (для слетков круглого сеч лея) либо перемещается в горизонтальней плоскоста (для слитков щш моуголъного сечонкя) с заданной скоростью.

йсаледовгаы закономерности испарения алзсыгаия при ЭХО.Степень аспоренкя алюг линия прямо пропорциональна поверхностной плотни ти анергии в диапазоне 0,£8'I0e - IsS5'I0& ¿f. С увеличением содержания алашшя в сплаве степень его испарения возростала (рис.6 Концентрация тугоплавких легирувдях элементов (v) и ирнмосеИ (Po.SI, 0) не изменяется.

Таблица 5

Скорость коррозии BTI-Q до а после ЗШЕ

Условия коррозионных испытании ¡к, v,v.¡ год

неходкий ЗГ.ПЕ

I02H2S0v 25°С, 336 час. 0,3591 С, «01 0,?3IJi 0,2993

10% HCl, 25°С, 336 час. 0,23^ 0,3202 0,1300. 0,1813

0,9| Н2 S0;., 50°С, I0Q час 0,0036 0,0013

Морская.'вода, , ■ без нагрузки. А0°С, IQ00 час 6= 0,90С» т 0.С005 ' О.ООСб ' 0,0001 0,0003

ГА£ пН

/,40 ?,20

д

.л*

/

9

№

о^б

о

^сследовоидя мскро- я микроструктуры показала высокое качает в о оплаыша'лоЗ. шзорхяоети» отсутствие тресни, неслития, участков усадочной ргдслости, пористости, структурной пеодиород- . кости.

Тохяологкчс-сш.'о ротку ЗЛО елктхоз ЭЛЛЕ и слиткоз, получен-'' них методом ВД1, приледгка. в табл. С. ,\(якся,:яльиая ддаяа об-ребат1Л(ае;.:огй сльтиа составляла до 2СС0 1'ли

3.10 с-оттков ЭЛЛЕ трзбугт „ „т „г меньшх энергозатрат и характо-151с1, ргзуотся больше Л пролзводатвль-

иостью, чем 310 слитков ВД1 (тгбл, 6). Это связано со значительно иекьшзл количеством коэдепегт да по~бртоста слзт^ов ЗЛПЕ.

О,:

(5

м

Рке. С, Степень испэрер«л А1 прл 5Л0 тктаноскх еплавоя

Таблица 3 Техпологулйскко ре.таг.«; ЗЛО.

Е;:д не.- Размера 'С/ит- Количество у гпч

тал л

оЛПЕ

К а, :<!'-

прахсдоа,

$ 372

.<5

£ 600

ММ/ МШ

120

Руд.

кВт

0,8

145x495 0

0 ?55

105

0,3 0.3

0,9

у опл.- лянейаая сасхюсть сяяавдеккя ? удельная ысч^ость затрока и - поверхностуйя'"йлотноить онергв

Слугхзбнне свойства шгалаа, волутеннаго по технологии ЗИЛЕ + ЗЛО ооотвзтствует требованиям TJ (габл* 7». saбл* 8).

Таблица 7

Механкчаскио свойства трубы 0 58x2 ьсл

Сплав

О^МПа <от,К!1а S ,

ЧЧ % КCU.-Щ

, 21ПЕ • 400 ' 29Q ETI-Q •

ГОСТ 22857-26 >345 >245

48,5 >24

?б,a

Таблица 3

Механические свойства листового, прокате.

Овлез

BTI-0 2T.ÍE *

гсст.

22178-76

Толщина st. rf * w KCU .

прокате » Vif , » i » M& '

' " мм Míla l-iila 1 r" fi Cf fi — HBB

б. ' ¿¡30 395 44 67 1,85 -

. 3,54 7ÜQ.7 6 '-3,8 12,5 - - ?6

3,05 723,7 645,8 15,6 - 93

2.34 753,5 669,9 10,0 - - 100

б >37 cl >23

5 ' . S3Q 74Ü 15 36 -

5' <380 - > 10 >25 - -

e ~ "" ~ *"* ——~————— — •M«.——

ЗЬЙЕ

атз-в ГОСТ 2217,8-76

' ЗЛЕ. + 310 позволяет исключить ив технологической схеш получения листа ¿ труб проглеауточиуо ковку, иохааическую обработку, За счиз этого расходный коэффициент для производства листа иодея быть с 2,34 до 1,41, для производства труб с 4,93 до 2,07.

ВЫВОДЫ

1. На основе асследовааия процесса электронно-лучевой плавкц с про:.:елуточксг е^остыз разработана технология переработки авкоа-пакшЕС, сивучих, газоааснценннх отходов тлтана г. его сплавов продзволышх размеров п конфюгурацац.

2. Разработана расчета концентрация кислорода в ка-таяле слитков црЕ .переплаве кусксзопаихтк, позволявшая прогнозировать и получать с.х:?кя гарантированного хи^ческсго ссстсг.а. На содержание кислорода во вторично« металле влияет вэд л стслэеь подготовки отходов к плавке. При переплаве лестобоГ: оорезя с не-очиценно" дегерхяоетьг п :;рс:.гка-а: после газовой резкг содержалЕе каслорода возрастает с до С,15£, посла галтовки - с 0.0&;' до 0,12;1, посла рубки и травления - с С,0££ до 0,10р. При переплаве летнексьой обреза после газовоГ. регкц и дрсбеметно?. обработки содерзанге кислорода возрастает с С,П2 до 0,14£. Происхсдет рафя-нсровЕКле от водорода до уровня 0,00С5 - 0,0010£. Содержанка азота не изменяется и находится на уровне исходного металла.

3. Показано, что титан, отвечазэдкй требования?! стандартов, получает путей разбавления газонасыадннсЯ сяхтц тгтанСЕс?. губкой. Ери нассогоЁ доле 7?% губкк ТГ-110 концентрация кислорода в слитках ВТ1-0 ве прввшзает 0,06?,

4. Исследованы металлургические особенности электронно-лучевой плавка с цромеяуточной емкость» ы, - и + р> мтаноЕнх сплавов. Определено, что прг увеличение концеятраЕяр. алгыиякя в исходной поста с 4,2£ до 7,Ь% степень испарения ^ возрастает с 2,06 до 1,2В. Установлено, что в интервале гзыенеккя удельного расхода адеЕтрсакергЕЯ аа шавку 1,50 - 2,?0 кВт.ч/кг потери адшкнЕя аозаренге« ссстг^ьшзт 7-/32£ ■ •

■ .5. £ результате исследования процесса азпаревак али-ллля при перецлаве отходов <¡1 - к ы. + £ тлтакезих сплавов оатгодзарегавы технологгческле гараиатры, обесаачкгавдш получение слитков заданного хдц2Ч5Сх.ого состава? Определено, что з сплавах с'кеглей?-'.';. рецвеЕ алжпЕгл более 3%, ¡ждчпчнз хгкЕЧбск22 состав обеспечивается дагегЕроваьхехрасходуемой заготовь алдншхегл 2 лолЕчггстсе 1,5 - 1,7% або. .

.'.■'•" 15. ;

о» По результатам модельных и натурных ксслсдованп* тепло-фвзлчееккх у слови!; кристаллизации уотадла установлены остюдь-г.иа паразотри иерционио." плавки, которые обеспечивают получение слитков с го:.?ого1шоП структурой. Отиоеоиио поперечного сечения кристаллизатора к объему сливаемого :/.оталла составляет 0,D - 1,5ск~^, скорость вере глава - C-I2 ^/¡.нщ, плотность тоылоыого потока в кристаллизаторе Ю^Ьт/н^, удельная мощность нагрева расходуемой заготовки и прс-о-уточнсИ емкости 0,11-0,12 кВт/сг.г. При этом виз:од годного .металла находится в продолах Э7,3-0Ь,Е%.

7. Разработана технология элоктронво-лучового оплавления слитков круглого и прямоугольного сечени?., исключающая зх <\:еханическув •обработку, обеспочкваи^ая одновременную обработку поверхности слитков по все!1, длине на глубину до 10 ил. Определено, что степень и escape пи-я алнетния прямо пропор1уюнальна. поверхностно!; плотности энергии в интервале O.Cb'IO5 -

6, Технология электронно-лучевого оглавления позволяет обрабатывать слит:«: со скоростью Ь5~120 my./i.i;ih, удельноГ; мо'лностьи нагрева 0г8 кВт/см^, плотностьв энергии 0,ЬЧ(г - 1,0*10ьДж/^ и повышает коо^кцнеия- использования металла на 7,5-10?'.

9, Опктно-промшишнная пропарка вторичного металла показала, что оа счет сокращения количества операций по переделу повышается коэффициент использования металла в 1,0 раза при производстве листа и в 1,5 раза при производстве труб, лоханические свойства получению:- полуфабрикатов полностью соответствуют требованиям стандартов.

10, Разработана опктно-прс:.:кш.-:енная установка УЭ-ПЖ модульного. типа,для переработки некоотактного скрапа, сыпучей дкхти я выплавки слитков вторичного титана и его сплавов, оплавления боковой поверхности производительностью 2Z0 т в год.

--Ос ас ЕАВ-3__0 i п е днсссртяпии наг.ечг.танс в р-.ботс.х:

1. Утилизация отходов титанового производства нетодо:.: элект-рокно-лучево£ плавки с промежуточно!': емкостью /А.п.^глилгл,А. Д. Тихоновский, К.П.Трпгуб, А.ЯчДереча, и.П.Уртьев, Д..1.Ьереславсш; // Пробл. спец. электрометаллургии. - 1ы01. - Х> I. - С. Cb-GS.

2. Electron Ъесв teciinolog^ in the automotive industry / S.E.iatoa, Ii-F'Trigub, P.A.Pap, S.V.A^honin, A.I.'. Kalinjuk //Automotive Manufacturing Int'9^- - 199'" - 135-129-

3, Еовэрхяостиая обработка t;:t;l4cbi;x спла.юа олоктрошнс! лу-чом /А.Н.Кслшшк, Л.Л.Дерсчс, !1.1..Трлхуб // Гц^бл. спец. глоктро-металлурглк. - Ii>U3. - 'Л I. - С. 29-31,

4с Матенат.т-юслос моделирование процессов ра 1дш:роганая металлов от газов при э;:е:;тро:шо-дучеьо:\: пс^оплало с иромо.'хугочко" емкостью /С.В.Ахоллл, -Н.П.Tj.::rj'C, А.'Л.Калтж, С.^.Цволодуб // Еробл» ' спец. эло::тро:.'с т.ллургл;:. - ,'t 2,- С,

5. Калл:;«л А.К. Утклкзацая отходов твтаноыос сг;лааоя методом . элс::транно-лу':с:,с" плавлд с прсгслуточлоЛ ск;а»стьл (Э.ТПЕ). до ¡слад на I Мел^улар. кс.ч.;.. молодых учспих в облает:; сварил а с:ложнкх' технологи!!. i£C Е.О.Натека, ;.<ru г.

G. Лхошш С.В., Ij«ry6 ¡I.L., дсж»;ис А.!:. К вопросу о механизме удалел;:я ведер ода из тлтала в процесса влектролно-лучело". плавкл» доклад на I Меясунар. кол^. "Водородная обработка материалов*1. Д"ГУ. Донецк» 'Jj-2'б сентября г.

аиторп. Л работах, ьиполлзгпшх в соавторстве, основной Вллад » проведеп;:о эксиоршллтоп а ьналаз результатов прлнадлехжт автору, Б работе / i, о, Х>/ пзучони особенности ра.;к~ нкроклшя от олсмоатов с а.сш»о]. упругость;.) пара, с Jb ~

стабил;:з;здххда элементов и прлыесо!1. при 0JUE д 0Л0, мех.-л;;:чсс>1ИО свойства металла в литом л до^ормцровинлом состоянии, структура елкгков. В / 2 / автор исследовал коррозионные свойства металла oiiliE. В / I / - продло:ли сиеойб переглава титановой стручка расп-лавои ;.:от;:дла в при\.е*^точпо;1 емкости» В / 4, 6 / « изуии ра&ияд-роваккв металла от водорода прл ОЛЕЬ.,

Калшт О.К. "Елоктронно-прокенэва ?э;аол<ЬХя пароробкз гата-новях в1дход1в", Руксппо длсертацИ на здобувалля наукоэого cry поля кандидата тохл1чипх наук. Споц1альп1с?ь 05.16,07 - мзтадург1я мотол1в впооко! члетотл та слоц1альнях сплаз1в, IE3 1м. е.О.Иатона HAII Укпа1ии, м. Kills, 1995 р.

Вввчои1 законом1рнос?1 псводХшш лзгХруягетх елеионт1а в впео-иою пругп1стю пари, тугоплавких fi - етабХлХзутих слэ?.»нт1в, домХшок, уновн крястал1зац11 мёталу пра о до ктроая о-промо лa n c:iy nepsnsaBl D прсгЯялою ijIctkIcto (ЕППМ) I олоктронло-прсувковогау озлааганл1 б1*> по1 поворхлХ злявк1з (ЕЛО) тзтааа та тэтеяаэзх сплаз1в.

Розроблена електронно-променева технолог1я переробки в1дход1в титана та 2ого сплав!в у вигляд1 листових та ляварних обр1зк!в, струхкя. Технолог 1я вклнчае в себе одержання хЬЯчно та $1зично однорХднях злиек1в марочного складу методой ЕПШ з подалъзпш 1х ЕЛО для киидачання ояерац11 мехая1чно! обробки перед прокаткою. Дозво-' ляе значка збХлытети вих1д годного при виробництв1 ная1в5:абрикат1в (листа, труб).

Клочов1 слова: злсктронно-променева плавка, npoulxaa mIctkIctb, елсктроннс-променевв оплавления, тнтан, титанов1 с плави, в1дходи, рафХкувашя, лег1руачп елементи, дом1шки.

Kalinyuic A.N. "Tiie electron beam technology of the titanium scrap rft^ycling". The manuscript of the thesis for the doctor of science , degree obtaining. Speciality OS.16.07 - the high рати metals and special alloys metallurgy. E. O. Paton EWI MAS of Ukraine, Kiev,

mas.

The behaviour of high resilient vapour alloying elements, refractory /З-stabilizing elements, impurities, solidification . conditions at tha electron-beam cold hearth melting СЕВСНЮ and electron-beam surface glazing CEBSGJ of titanium and titanium alloys ingots was studied.

The electron beam technology of recycling of titanium and titanium alloys sheet and plate scrap, casting scrap machine chip was created. Thechnology consisted of obtaining chemically and physically homogeneous ingots of warrant composition by EBCHM method with following their EBSG for machining exeption before rolling. It permisses sugnificantly Increase the yield of metal at luslf-finished products Cplate, sheet, tube> manufacturing. •Key words« electron-beam melting, cold hearth, electron-beam surface glazing, titanium, titanium alloys, scrap, refining, alloying elements, impurities.